Способ и устройство для инжекционного формования тонкостенных деталей под в сущности постоянным давлением

Способ и устройство для инжекционного формования тонкостенных деталей под в сущности постоянным давлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявки, имеющие отношение к настоящей

Настоящая заявка является не предварительной заявкой, и в ней признается приоритет предварительных патентных заявок США 61/488 564; 61/488 547; 61/488 553; 61/488 555; 61/488 559; 61/602 650; 61/602 781 и 61/641 349, поданных 20 мая 2011 года, 20 мая 2011 года, 20 мая 2011 года, 20 мая 2011 года, 20 мая 2011 года, 24 февраля 2012 года, 24 февраля 2012 года, 24 февраля 2012 года и 2 мая 2012 года соответственно. Предварительные патентные заявки США 61/488 564; 61/488 547; 61/488 553; 61/488 555; 61/488 559; 61/602 650; 61/602 781 и 61/641 349 включены в настоящую заявку посредством ссылки.

Область применения

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам для инжекционного формования и, в частности, к устройствам и способам для изготовления тонкостенных деталей способом инжекционного формования под в сущности постоянным давлением.

Уровень техники

Инжекционное формование является технологией, широко используемой для крупносерийного производства деталей из плавких материалов, и наиболее часто - для изготовления деталей из термопластических полимеров. В процессе инжекционного формования, который является периодическим, пластичную смолу, как правило, в форме мелких гранул, подают в машину инжекционного формования, в которой гранулы смолы расплавляются под действием давления, температуры и сдвигового перемешивания. Расплавленная смола принудительно впрыскивается в полость формы. Впрыснутая пластическая масса выдерживается в полости формы под давлением, охлаждается и извлекается из формы в виде затвердевшей детали, форма которой, в сущности, повторяет форму полости. Пресс-форма может иметь единственную полость или множество полостей. Каждая из полостей может сообщаться с каналом подачи расплава через впуск, который направляет поток расплавленной смолы в полость. Полость формы может иметь один или более впусков. При формовании больших деталей полость формы, как правило, содержит два, три или даже более впусков, чтобы уменьшить расстояние, проходимое полимером при заполнении пресс-формы. Один или более впусков могут быть расположены в любом месте полости формы и могут иметь любую форму поперечного сечения. Как правило, используется, в сущности, круглая форма поперечного сечения, но может использоваться и форма поперечного сечения с отношением основных размеров 1,1 или более. Типичная процедура инжекционного формования включает четыре основные операции: (1) нагревание пластической массы в машине инжекционного формования до состояния, в котором она становится текучей под давлением; (2) впрыск расплавленной пластической массы в одну или более полостей, образованных между половинами закрытой формы; (3) остывание и отвердевание пластической массы, находящейся под давлением, в одной или более полостях; и (4) раскрытие половин формы для извлечения из нее полученной детали.

В процессе инжекционного формования расплавленную пластическую смолу под давлением впрыскивают в полость формы, пока смола не достигнет самой дальней точки полости от впуска. При этом смола заполняет полость от самой дальней точки к месту впуска в полость. Длина и толщина стенок получаемой детали зависят от геометрии полости формы.

Для многих деталей, изготавливаемых способом инжекционного формования может быть целесообразным снизить толщину их стенок для снижения расхода пластической массы и, следовательно, себестоимости детали. Однако снижение толщины стенок детали при обычном процессе инжекционного формования под высоким переменным давлением может быть достаточно затратной и нетривиальной задачей. Для обычных машин инжекционного формования под высоким переменным давлением (то есть для машин, в которых впрыск расплавленной пластической смолы производится под давлением от примерно 8000 фунтов/дюйм² до примерно 20000 фунтов/дюйм²) существует предел того, насколько тонкостенными могут формоваться в них детали. А именно, на обычных машинах инжекционного формования под высоким переменным давлением невозможно формовать детали с показателем тонкостенности L/T (определение которого будет дано ниже), превышающим примерно 200. Более того, формование деталей с показателем L/T больше 100 требует приложения предельных давлений для существующего уровня техники и, соответственно, требует использования прессов, которые могут работать с такими высокими давлениями.

В настоящее время при изготовлении тонкостенных деталей, как правило, практикуется заполнение полости формы при максимально высоком давлении, которое может обеспечить автомат инжекционного формования. Такой подход позволяет гарантировать, что полость формы будет заполнена до того, как полимер «застынет» в форме, и обеспечивает минимально возможное время цикла формования, потому что полимер сразу попадает в холодную полость формы, и время его охлаждения будет минимальным. Данный подход имеет два недостатка. Первый заключается в том, что достижение высоких скоростей заполнения требует приложения большой мощности, что требует использования сложного и соответственно дорогого формовочного оборудования. Более того, большинство электрических прессов не развивает достаточной мощности, чтобы обеспечить такие высокие скорости заполнения, или требуют наличия очень сложных и дорогих систем привода, что существенно увеличивает капитальные затраты на формовочное оборудование, и делает такое производство деталей экономически невыгодным.

Вторым недостатком является то, что высокие скорости заполнения требуют приложения очень высоких давлений. Приложение таких высоких давлений требует, в свою очередь, использования очень высоких зажимных усилий для удержания пресс-формы плотно закрытой при заполнении, и такие высокие зажимные усилия делают конструкцию формовочного оборудования очень дорогой. Высокие давления впрыска требуют также использования высокопрочных пресс-форм, как правило, изготовленных из закаленных инструментальных сталей. Такие высокопрочные пресс-формы также очень дороги в изготовлении, и использование их для формования многих типов деталей может оказаться экономически нецелесообразным. Тем не менее, несмотря на перечисленные выше существенные недостатки, потребность в тонкостенных компонентах, изготавливаемых способом инжекционного формования, остается высокой, поскольку для изготовления таких частей требуется меньшее количество полимерных материалов, и достигаемая экономия более чем покрывает затраты на дорогое оборудование. Кроме того, некоторые формованные компоненты требуют наличия в них очень тонких элементов конструкции для выполнения ими своих функций, например элементов, которые должны хорошо гнуться, или элементов, которые должны сопрягаться с прочими очень малыми элементами.

При введении пластической смолы в пресс-форму в обычном процессе инжекционного формования с высоким переменным давлением материал, находящийся в непосредственной близости к стенкам полости, немедленно начинает застывать (отвердевать), а в случае использования кристаллических полимеров пластическая смола начинает кристаллизоваться, поскольку жидкая пластическая смола охлаждается до температуры, ниже которой пропадает текучесть материала, и куски жидкой пластической массы становятся неподвижными. Такой материал, застывший у стенок полости формы, сужает проход, по которому расплавленная пластическая масса движется к концу полости формы. Толщина слоя застывшего материала у стенок формы уменьшается по мере заполнения полости формы, и это вызывает дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения прохода, через который должен протекать расплавленный полимер, чтобы заполнить оставшуюся часть формы. Кроме того, по мере застывания материал дает усадку и отходит от стенок полости формы, что уменьшает эффективность охлаждения материала стенками полости формы. По этим причинам в обычных машинах инжекционного формования под высоким переменным давлением заполнение полостей форм производится очень быстро, после чего выдерживается давление уплотнения, под действием которого материал прижимается от центра полости к ее стенкам, чтобы ускорить охлаждение и обеспечить правильность формы отливаемой детали. В обычных машинах инжекционного формования под высоким переменным давлением цикл формования включает фазы впрыска (примерно 10% по времени), уплотнения (примерно 50% по времени) и охлаждения (примерно 40%) по времени.

По мере застывания пластической массы в полости формы в обычных машинах инжекционного формования под высоким переменным давлением увеличивают давление впрыска (чтобы сохранить, в сущности, постоянный объемный расход расплава при уменьшающемся поперечном сечении прохода). Однако повышение давления приводит к повышению затрат и понижению производительности процесса. Дело в том, что при повышении давления формования детали формовочное оборудование должно быть более прочным, чтобы оно могло выдержать возросшее давление, и, соответственно, как правило, будет более дорогим. Для работы под более высоким давлением производителю может потребоваться приобрести новое оборудование. Поэтому уменьшение толщины стенок данной детали при использовании обычного процесса инжекционного формования может привести к значительным капитальным затратам производителя.

Во избежание некоторых из перечисленных выше недостатков в большинстве случаев для инжекционного формования используются пластические материалы, вязкость которых уменьшается при сдвиговых деформациях, что улучшает затекание пластического материала в полость формы. Когда такой материал впрыскивается в полость формы, сдвиговые силы, возникающие между пластическим материалом и стенками полости формы, уменьшают вязкость пластического материала, что делает пластический материал более текучим и позволяет ему легче затекать в полость формы. В результате этого становится возможным быстро заполнить полости для формирования тонкостенных деталей и избежать полного застывания материала до полного заполнения формы.

Уменьшение вязкости непосредственно связано с величиной сдвиговых сил, возникающих между пластическим материалом и системой подачи расплава, а также между пластическим материалом и стенками полости формы. Поэтому производители таких материалов, вязкость которых уменьшается при сдвиговых деформациях, рекомендуют проводить инжекционное формование при как можно более высоком давлении впрыска, чтобы как можно больше усилить сдвиговые деформации и соответственно уменьшить вязкость. В высокопроизводительных аппаратах инжекционного формования (например, классов 101 и 102) впрыск пластического материала в полость формы, как правило, осуществляется под давлением, составляющим 15000 фунтов/дюйм² или более. Дело в том, что производители пластических материалов, вязкость которых уменьшается под действием сдвиговых деформаций, рекомендуют проводить операции инжекционного формования деталей из таких материалов при давлении впрыска расплавленного материала в форму, превышающем некоторое минимальное давление. Так, например, впрыск полипропиленовой смолы, как правило, проводят при давлении, превышающем 6000 фунтов/дюйм² (диапазон давлений, рекомендуемый производителями полипропиленовых смол, как правило составляет от 6000 фунтов/дюйм² до примерно 15000 фунтов/дюйм²). В то же время производители оборудования для инжекционного формования и инженеры-технологи рекомендуют проводить впрыск полимеров с вязкостью, уменьшающейся при сдвиговых деформациях, при давлениях, близких к верхней границе указанного диапазона, или даже более высоких, то есть, как правило, выше 15,000 фунтов/дюйм², для максимального уменьшения вязкости и достижения лучшей текучести пластического материала. Поэтому литье термопластических полимеров с вязкостью, уменьшающейся при сдвиговых деформациях, как правило, проводится при давлениях впрыска от примерно 6 фунтов/дюйм² до примерно 30000 фунтов/дюйм². Но даже при использовании пластических масс, вязкость которых уменьшается при сдвиговых деформациях, на практике существует предел тонкости деталей, которые могут быть изготовлены способом инжекционного формования при высоком переменном давлении. В настоящее время данный предел соответствует показателю тонкостенности, составляющему 200 и более. Но более того, даже детали с показателем тонкостенности от 100 до 200 могут оказаться слишком дорогими в изготовлении, поскольку они требуют давлений впрыска в диапазоне от примерно 15000 фунтов/дюйм² до примерно 20000 фунтов/дюйм².

В высокопроизводительных машинах инжекционного формования (например, классов 101 и 102), на которых изготавливают потребительские товары с тонкими стенками или их компоненты, используются исключительно формы, основные части которых изготовлены из материалов, имеющих высокую твердость. Высокопроизводительные машины инжекционного формования, как правило, рассчитаны на 500000 циклов инжекционного формования в год или даже более. Промышленные установки инжекционного формования, предназначенные для изготовления высококачественных изделий, должны выдерживать по меньшей мере 500000 циклов работы в год, предпочтительно свыше 1000000 циклов работы в год, предпочтительно свыше 5000000 циклов работы в год и еще более предпочтительно - свыше 10000000 циклов работы в год. В таких автоматах, как правило, используются формы с множеством полостей и сложные системы охлаждения для повышения производительности. Материалы, имеющие высокую твердость, лучше выдерживают повторяющиеся нагрузки, возникающие при сжатии компонентов формы под высоким давлением, чем материалы с меньшей твердостью. Однако, с другой стороны, материалы, имеющие высокую твердость, такие как большинство инструментальных сталей, имеют относительно низкую теплопроводность, как правило, менее 20 британских тепловых единиц/(ч×фут×°F), что требует большего времени охлаждения, поскольку тепло от расплавленного пластического материала должно пройти через имеющий малую теплопроводность материал формы.

Итак, несмотря на постоянное расширение рабочих диапазонов давления машин инжекционного формования под высоким переменным давлением, сохраняется практический предел показателя L/T для формуемых тонкостенных деталей, равный примерно 200, в обычных машинах инжекционного формования под высоким переменным давлением (примерно 20000 фунтов/дюйм²), но даже изготовление деталей с показателем тонкостенности от примерно 100 до примерно 200 для многих производителей является экономически невыгодным.

Краткое описание чертежей

Воплощения, представленные на чертежах, являются по своей природе чисто иллюстративными, и не подразумевается, что они ограничивают масштаб настоящего изобретения, определяемый прилагаемой формулой. Приводимое ниже подробное описание данных воплощений будет более понятным из прилагаемых чертежей, на которых аналогичные элементы обозначены аналогичными номерами позиций.

Фиг. 1. Схема устройства для инжекционного формования под в сущности постоянным давлением в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2. Воплощение тонкостенной детали, изготовленной на устройстве инжекционного формования под в сущности постоянным давлением, изображенным на фиг. 1.

Фиг. 3. График зависимости давления в полости от времени для устройства инжекционного формования под в сущности постоянным давлением, изображенного на фиг. 1, наложенный на график зависимости давления в полости от времени для обычной машины инжекционного формования под высоким переменным давлением.

Фиг. 4. Еще один график зависимости давления в полости от времени для устройства инжекционного формования под в сущности постоянным давлением, изображенного на фиг. 1, наложенный на график зависимости давления в полости от времени для обычной машины инжекционного формования под высоким переменным давлением. На графиках показана продолжительность основных этапов заполнения полости формы в процентах к общей длительности цикла.

Фиг. 5A-5D. Продольные разрезы фрагмента полости формы для изготовления тонкостенной детали на различных этапах заполнения полости, в обычной машине для инжекционного формования под высоким переменным давлением.

Фиг. 6A-6D. Продольные разрезы фрагмента полости формы для изготовления тонкостенной детали на различных этапах заполнения полости, для устройства инжекционного формования под в сущности постоянным давлением, изображенного на фиг. 1.

Подробное описание изобретения

Воплощения настоящего изобретения в целом относятся к устройствам для инжекционного формования, способам инжекционного формования и изделиям, изготавливаемым с помощью таких устройств и такими способами, и в более частном смысле - к устройствам и способам для инжекционного формования под в сущности постоянным давлением, а также к изделиям, изготавливаемым с помощью таких устройств и такими способами.

Термин «низкое давление» в контексте настоящего описания, используемый в отношении давления расплава термопластического материала, означает давление расплава в окрестности сопла машины инжекционного формования, составляющее 6000 фунтов/дюйм² и менее.

Термин «в сущности постоянное давление» в контексте настоящего описания, используемый в отношении давления расплава термопластического материала, означает, что отклонения от требуемого значения давления расплава не вызывают значительных изменений физических свойств термопластического материала. Так, например, «в сущности постоянное давление» включает, но не ограничивается ими, возможные отклонения давления, при которых вязкость расплава термопластического материала не претерпевает значительных изменений. Термин «в сущности постоянное давление» в данном контексте предусматривает отклонения давления, составляющие примерно до 30% требуемого значения давления расплава. Так, например, термин «в сущности постоянное давление, составляющее примерно 4600 фунтов/дюйм²», предусматривает возможные отклонения давления в пределах от примерно 3200 фунтов/дюйм² (на 30% ниже, чем 4600 фунтов/дюйм²) до примерно 6000 фунтов/дюйм² (на 30% выше, чем 4600 фунтов/дюйм²). Давление расплава считается в сущности постоянным, если его отклонения составляют не более 30% от требуемого значения давления.

В контексте настоящего описания «резервуар расплава» означает компонент устройства для инжекционного формования, содержащий расплавленный полимер и связанный по текучей среде с соплом устройства инжекционного формования. Резервуар расплава является подогреваемым, в нем можно расплавлять полимер и держать его при нужной температуре. Резервуар расплава связан с источником механической энергии, например с гидроцилиндром или сервоприводом, связанным, в свою очередь, с центральным блоком управления. Под управлением центрального блока гидро- или сервопривод воздействуют на диафрагму, и диафрагма выдавливает расплавленный полимер через сопло. Далее расплавленный материал через систему литниковых каналов затекает в полость форму. Резервуар может быть цилиндрическим, то есть иметь круглую форму поперечного сечения, или может иметь поперечное сечение другой формы. В любом случае, конструкция резервуара должна позволять диафрагме толкать полимер через сопло машины под давлением, которое может составлять от 100 фунтов/дюйм² до 40000 фунтов/дюйм² или даже более. Диафрагма может быть структурно связана с винтом, совершающим возвратно-поступательное движение и имеющим шнек, способствующий лучшей пластификации полимера перед его впрыском.

Термин «высокое отношение L/Т» в целом относится к отношениям L/T, составляющим 100 и более, и более конкретно - к отношениям L/Т, составляющим 200 и более. Метод расчета отношения L/Т будет подробно описан ниже.

Термин «пиковое значение расхода» в целом означает максимальный объемный расход расплава, измеренный у сопла устройства инжекционного формования.

Термин «пиковая скорость впрыска» в целом означает максимальную линейную скорость плунжера инжектора в процессе продавливания полимера в систему подачи расплава. При этом плунжер может быть винтом, совершающим возвратно-поступательное движение, в случае одноэтапной системы впрыска, или поршнем гидроусилителя в случае двухэтапной системы впрыска.

Термин «скорость плунжера» обычно подразумевает линейную скорость, с которой движется плунжер инжектора в процессе продавливания полимера в систему подачи расплава.

Термин «расход» означает объемный расход полимера, измеренный у сопла устройства инжекционного формования. Значение расхода может быть рассчитано как произведение скорости движения плунжера и его площади или измерено с помощью подходящего датчика, расположенного в сопле устройства инжекционного формования.

Термин «процент заполнения полости» в целом означает часть объема полости, заполненную полимером и выраженную в процентах от суммарного объема полости. Так, например, если утверждается, что полость заполнена на 95%, это означает, что заполнено 95% суммарного объема полости формы.

Термин «температура расплава» в целом относится к температуре полимера, поддерживаемой в резервуаре для расплава, а также в системе подачи материала, если используется система горячих литниковых каналов, поддерживающая полимер в расплавленном состоянии. Температура расплава зависит от материала, однако в целом подразумевается, что она находится в пределах, рекомендуемых производителем материала.

Термин «размер впуска» в целом относится к площади поперечного сечения впуска, который образуется на пересечении литникового канала и полости формы. В системах с горячими литниковыми каналами впуск может быть открытого типа, то есть при котором на впуске нет явного элемента закрытия потока материала, или закрытого типа, при котором используется клапан, например, в виде стержня, механически перекрывающий поток материала через впуск в полость формы (такого типа впуск обычно называется впуском с клапаном). Под размером впуска подразумеваются размеры поперечного сечения канала к месте его впадения в полость формы. Так, например, «диаметр впуска 1 мм» означает, что внутренний диаметр канала в месте его впадения в полость формы составляет 1 мм. Поперечное сечение впуска может иметь любую подходящую форму.

Термин «коэффициент интенсификации» в целом означает механическое усиление, которое оказывает энергоисточник системы впрыска на плунжер инжектора, продавливающий расплавленный полимер через сопло устройства инжекционного формования. В системах с гидравлическим приводом гидросистема увеличивает механическое усилие на плунжере инжектора в отношении примерно 10:1. В различных воплощениях могут использоваться как значительно меньшие коэффициенты усиления, например, 2:1, так и значительно большие - свыше 50:1.

Термин «пиковая мощность» в целом относится к максимальной мощности, развиваемой устройством при заполнении полости формы. Пиковая мощность может наблюдаться в любой момент цикла заполнения. Пиковая мощность может быть рассчитана как произведение давления пластической массы, измеренного у сопла устройства, на расход, измеренный у сопла устройства. То есть мощность может быть рассчитана по формуле: P=p*Q, где p - давление, a Q - объемный расход.

Термин «объемный расход» в целом относится к расходу, измеренному на сопле устройства инжекционного формования. Объемный расход может быть расчитан исходя из скорости движения плунжера и его площади или измерен с помощью подходящего датчика, расположенного в сопле устройства инжекционного формования.

Термины «заполненная» и «полная», употребляемые в отношении полости формы с термопластическим материалом, используются, как взаимно заменяющие друг друга и оба означают, что прекратился поток термопластического материала в полость формы

Термин «объем впрыскиваемой порции» в целом означает объем полимера, впрыскиваемого из резервуара расплава, достаточный, чтобы полностью заполнить полость (полости) формы. Объем впрыскиваемой порции определяется по отношению к температуре и давлению полимера в резервуаре расплава непосредственно перед впрыском. Иными словами, объем впрыскиваемой порции представляет собой суммарный объем расплавленного пластического материала, впрыскиваемый за один проход плунжера инжектора при данных температуре и давлении. Объем впрыскиваемой порции может включать объем расплавленного пластического материала, впрыскиваемого в одну или более полостей формы через один или более впусков. Объем впрыскиваемой порции может также готовиться и впрыскиваться из более чем одного резервуара расплава.

Термин «задержка» в целом означает момент времени, в котором скорость фронта потока расплавленного полимера снижается в степени, достаточной для того, чтобы часть полимера остыла до температуры, ниже которой полимер теряет текучесть и начинает затвердевать.

Термины «электродвигатель» и «электрический пресс» в контексте настоящего описания включают электрические серводвигатели и электрические линейные двигатели.

Термин «удельная пиковая мощность потока» означает нормированную меру пиковой мощности, требующейся во время одного цикла инжекционного формования для данной системы инжекционного формования. Удельная пиковая мощность потока может использоваться для прямого сравнения потребностей в мощности различных систем инжекционного формования. Чтобы рассчитать удельную пиковую мощность потока, сначала необходимо определить пиковую мощность, которая представляет собой максимум произведения давления формования на текущее значение расхода во время цикла заполнения (как было определено выше), и затем определить объем впрыскиваемой порции для заполняемых полостей формы. После этого определяют удельную пиковую мощность потока путем деления пиковой мощности на объем впрыскиваемой порции.

Термин «процент заполнения полости» в целом означает часть объема полости, заполненная полимером, выраженную в процентах от суммарного объема полости. Так, например, если утверждается, что полость заполнена на 95%, это означает, что заполнено 95% суммарного объема полости формы.

Так, на фиг. 1 показано одно из воплощений устройства 10 для инжекционного формования под в сущности постоянным давлением, которое может использоваться для изготовления тонкостенных деталей с большой производительностью (машина инжекционного формования классов 101 или 102, именуемых также классами машин сверхвысокой производительности), в частности, тонкостенных деталей с пропорцией L/T, составляющей 100 и более. Устройство 10 для инжекционного формования под в сущности постоянным давлением в целом включает систему 12 впрыска и зажимную систему 14. Термопластический материал может подаваться в систему 12 впрыска в форме термопластических гранул 16. Гранулы могут быть засыпаны в бункер 18, из которого они поступают в нагретый барабан 20 системы 12 впрыска. После их подачи в нагретый барабан 20 гранулы подаются в конец нагретого барабана 20 с помощью винта 22, совершающего возвратно-поступательное движение. Повышенная температура барабана 20 в совокупности с давлением со стороны винта 22, совершающего возвратно-поступательное движение, вызывает плавление термопластических гранул 16, в результате чего образуется расплавленный термопластический материал 24. Литье деталей из термопластического материала производится при температуре расплава от примерно 130°C до примерно 410°C.

Совершающий возвратно-поступательное движение винт 22 толкает расплавленный термопластический материал 24 в сторону сопла 26 для последующего впрыска порции термопластического материала в полость 32 формы 28 через один или более впусков. Расплавленный термопластический материал 24 может впрыскиваться через впуск 30, который направляет поток расплавленного термопластического материала 24 в полость 32 формы. В других воплощениях сопло 26 может быть разделено от одного или более впусков 30 системой подачи расплава (не показана). Полость 32 сформирована между первой и второй сторонами 25, 27 формы 28. Первая и вторая стороны 25, 27 удерживаются вместе под давлением, оказываемым сжимающим устройством (прессом) 34. Сжимающее устройство (пресс) 34 развивает усилие, удерживающее части 25, 27 формы друг с другом при впрыскивании расплавленного термопластического материала 24 в полость 32 и превышающее усилие, вызываемое давлением впрыска и стремящееся раздвинуть половины 25, 27 друг от друга. В типичных машинах инжекционного формования под высоким переменным давлением пресс должен создавать давление 30000 фунтов/дюйм² или даже более высокое, поскольку требующая сила сжатия половин формы находится в прямой зависимости от давления впрыска. Для обеспечения таких сжимающих усилий зажимная система 14 может включать основание формы и раму формы.

После того как порция расплавленного термопластического материала 24 впрыснута в полость 32 формы, винт 32 прекращает движение вперед. Расплавленный термопластический материал 24 принимает форму полости 32 и охлаждается внутри формы 28 до полного затвердевания. Как только расплавленный термопластический материал 24 затвердел, пресс 34 освобождает первую и вторую стороны 25, 27 формы. Стороны 25, 27 отделяют друг от друга, и готовая отливка может быть извлечена из формы 28. Форма 28 может включать множество полостей 32 для увеличения производительности процесса формования. Формы полостей в одной и той же форме могут быть идентичными друг другу, аналогичными друг другу или отличными друг от друга. (В последнем случае полости образую так называемое семейство полостей.)

Контроллер 50 функционально связан с управляющим устройством 36 винта и датчиком 52, расположенным в непосредственной близости к соплу 26. Контроллер 50 может включать микропроцессор, память и один или более каналов связи. Контроллер 50 может быть дополнительно связан с датчиком 53, расположенным ближе к концу полости 32 формы. Такой датчик 53 может давать сигнал о том, что фронт расплава приближается к концу полости 32 формы. Датчик может определять давление, температуру, оптические, пневматические, механические или прочие факторы, указывающие на присутствие термопластического материала. Если датчик 52 измеряет давление или температуру термопластического материала, то показания такого датчика могут передаваться на контроллер 50 и использоваться для поддержания требуемого давления в полости формы (или в сопле 26) до полного заполнения формы. Сигналы, вырабатываемые датчиком, могут использоваться для управления процессом формования, в частности, на основании данных сигналов контроллером 50 может производиться подстройка скорости наполнения полости формы для учета возникающих отклонений вязкости материала, температуры в различных местах формы, температуры расплава и прочих параметров, влияющих на наполнение полости формы. Такая подстройка может производиться немедленно во время цикла формования, или могут делаться поправки при последующих циклах. Кроме того, может усредняться ряд показаний для нескольких циклов, для последующих подстроек процесса формования контроллером 50. Контроллер 50 может быть связан с управляющим устройством 36 винта, датчиком 52 и/или датчиком 53 посредством проводов 56, 54 соответственно. В других воплощениях контроллер 50 может быть связан с управляющим устройством 36 винта, датчиком 52 и/или датчиком 53 каналами беспроводной связи, механически, гидравлически или любыми другими подходящими способами, известными сведущим в данной области техники, которые обеспечивают взаимодействие контроллера 50 с датчиком 53 и управляющим устройством 36 винта.

В воплощении на фиг. 1 датчик 52 является датчиком давления, который измеряет (прямым или косвенным образом) давление расплавленного термопластического материала 24 в непосредственной близости к соплу 26. Датчик 52 вырабатывает электрический сигнал, который передается на контроллер 50. После этого контроллер 50 подает команду управляющему устройству 36 винта продвигать винт 22 со скоростью, обеспечивающей в сущности постоянное давление расплавленного термопластического материала 24 в сопле 26. Датчик 52 может непосредственно измерять давление расплава, или он может измерять иную характеристику расплавленного термопластического материала 24, например, его температуру, вязкость, расход или иную, на основании которой может быть определено давление расплава. Кроме того, датчик 52 не обязательно должен быть расположен в сопле 26, а на самом деле он может быть расположен в любом месте системы 12 впрыска или формы 28, которое связано по текучей среде с соплом 26. В случае если датчик 52 не расположен внутри сопла 26, могут применяться соответствующие поправочные коэффициенты для оценки давления расплава в сопле 26. Датчик 52 не обязательно должен быть в непосредственном контакте с впрыскиваемой текучей средой. В качестве альтернативы, он может находиться в динамической связи с текучей средой, например, может чувствовать присутствие текучей среды и/или другие ее характеристики. Еще в некоторых воплощениях датчик 52 не связан с соплом по текучей среде. Вместо этого датчик может измерять силу сжатия, вырабатываемую зажимной системой 14 на границе первой и второй частей 25, 27 формы. В одном из воплощений контроллер 50 поддерживает требуемое давление по входным сигналам с датчика 52. В качестве альтернативы, датчик может измерять электрическую мощность, потребляемую электрическим прессом, и измеряемое значение потребляемой мощности может использоваться для оценки давления в сопле.

Несмотря на то что на фиг. 1 показан замкнутый контур подключения контроллера 50 с активной обратной связью, вместо этого могут использоваться и другие системы регулирования давления. Так, например, для регулирования давления расплавленного термопластического материала 24 могут использоваться реле давления или клапан сброса давления (не показаны). А именно реле давления или клапан сброса давления могут использоваться для предотвращения чрезмерного повышения давления в форме 28. Альтернативным механизмом предотвращения чрезмерного повышения давления в форме 28 является включение сигнала тревоги, если отмечено состояние, близкое к чрезмерно высокому давлению.

На фиг. 2 показано воплощение формованной детали 100. Формованная деталь 100 имеет тонкие стенки. Формованные детали считаются тонкостенными, если длина канала L течения расплава более чем в сто раз превышает ширину Т канала (L/Т>100). Для полостей форм более сложной геометрии отношение L/Т может быть рассчитано путем интегрирования размера Т по длине полости 32 формы, от впуска 30 до конца полости 32 формы, и его деления на значение длины, в результате чего получается среднее значение параметра Т. Длина при этом определяется, как самый длинный путь течения расплава от впуска 30 до конца полости 32 формы. После этого отношение L/Т может быть определено делением наибольшей длины пути расплава на среднюю толщину детали. В случае если полость 32 формы имеет более чем один впуск 30, показатель L/Т вычисляется путем определения величины L/Т для каждого из участков полости 32 формы, наполняемого с каждого из впусков, и в качестве окончательного значения L/Т для данной полости формы используется самое высокое значение L/Т из рассчитанных для всех впусков. В некоторых областях производства деталей способом инжекционного формования тонкостенными считаются детали с пропорцией L/Т>100 или L/Т>200. Длина канала L течения расплава измеряется от впуска 30 до конца 104 полости формы. Тонкостенные детали наиболее часто используются при изготовлении различных товаров потребления.

Детали с высоким отношением L/Т, изготавливаемые способом инжекционного формования, как правило, имеют среднюю толщину менее 10 мм. В товарах потребления детали с высоким отношением L/Т, как правило, имеют среднюю толщину менее чем примерно 5 мм. Так, например, панели автомобильных бамперов, имеющие высокое отношение L/Т, могут иметь среднюю толщину 10 мм или менее. Стенки высоких стаканов для пищевых продуктов, имеющие высокое отношение L/T, могут иметь среднюю толщину 5 мм и менее. Стенки мелкой посуды (тазики, бутылки), имеющие в